ÁCIDOS NUCLÉICOS
Estrutura dos Ácidos Nucléicos Ácidos Nucléicos: São polímeros de nucleotídeos •
Responsáveis pela armazenamento, transmissão e tradução da informação genética •
Tipos: DNA = Ácido Desoxirribonucléico Desoxirribonucléico RNA = Ácido Ribonucléico
•
•
•
DNA •
Homem aproximadamente 1013 células DNA de uma célula humana - 2 metros Alinhando de ponta a ponta o DNA 2 x 1013 metros Tamanho do DNA humano 3 x 109 pb Número de genes DNA humano 30.000 a 50.000 Bactéria 500 genes –
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(50.000 vezes a distância entre a Terra e a Lua!)
Definição de gene: Um gene é uma unidade de transcrição, que consiste de um segmento de DNA que se estende do sítio de início de transcrição ao sítio de término de transcrição.
Replicação
Ácido Desoxirribonucleico
Transcrição Ácido Ribonucleico
Tradução Proteína
Componentes dos ácidos nucleicos Uracila
Ribose
Timina
Citosina
Adenina
2´desoxirribose
Guanina Ácido fosfórico
Ribonucleotídeo
Purines
Pyrimidines
Base Pairs
Adenine (A)
Thymine (T)
A=T
Guanine (G)
Cytosine (C)
C G
# of H-Bonds 2 3
3 H-bonds
G
C
H-bonds
G
C
T
A
Desoxirribonucleotídeos
Hidrólise alcalina do RNA
5
O
3
3
O
P 5
O
C
G
1
P
5
3
2
4
4 1
2
3
5
O
P T
5
A
P
3
O
O
P
3
5
P
Nucleotídeos São moléculas formadas pela união de um açúcar ou pentose, uma base nitrogenada e um grupo fosfato. • Os Ácidos Nucléicos ( DNA e RNA) são formados por várias cadeias de nucleotídeos (polinucleotídeos). •
Pentoses ou Açúcares
Fosfato
Bases Nitrogenadas
Adenina
Citosina
Guanina Purinas
T imina Pirimidinas
Uracil
Ligações entre Nucleotídeos
DNA ou ADN O Ácido Desoxirribonucléico é um polinucleotídeo formado por
duas “fitas” ou hélices ligadas
entre si por pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas. O pareamento das bases sempre segue a mesma ordem: Adenina com Timina e Guanina com Citosina.
Este
modelo da “dupla hélice enrolada” foi estabelecido em
1953 por James Watson e Francis Crick.
A Estrutura do DNA •
O DNA é constituído por um esqueleto açúcar fosfato contendo desoxirribose que forma o “corrimão da escada” e as
bases nitrogenadas que formam os “degraus da escada”; •
Entre a base A e a base T existem duas pontes de hidrogênio e entre a base G e base C são três as pontes de hidrogênio.
A Importância do DNA • O DNA é chamado de “molécula da vida” pois
contém o código pra construção das proteínas em todos os seres vivos; • Nos procariontes encontra-se uma molécula de DNA circular (cromossomo bacteriano ) e outras moléculas circulares chamadas plasmídeos; • Nos eucariontes, o DNA é encontrado no núcleo celular formando os cromossomos e também nas mitocôndrias e nos cloroplastos; • Chamamos de Gene a um segmento de DNA que contém informações para a síntese de uma ou mais proteínas.
Cromossomos
DNA É responsável pelo armazenamento e transmissão da informação biológica
Estrutura dos Nucleotídeos Estrutura dos nucleotídeos mono-, di- e trifosfatados. Os desoxirribonucleotídeos correspondentes são abreviados dNMP, dNDP e dNTP. N = A, G, C, U ou T. Ligação em C5
Localização do DNA
O DNA dos procariontes está presente no nucleóide
Localização do DNA O cromossomo dos procariontes é circular
Localização do DNA
O DNA dos eucariontes está localizado no núcleo
Localização do DNA Eucromatina Heterocromatina
O DNA está associado a proteínas formando a cromatina
Localização do DNA Cromátide
Cromossomos: condensação da cromatina durante a mitose
Localização do DNA
As mitocôndrias do embrião em desenvolvimento são derivadas do óvulo, sendo o DNA mitocondrial de origem materna.
Localização do DNA
As mitocôndrias contém 2 ou mais cópias de DNA
Localização do DNA As mitocôndrias originam-se de uma bactéria ancestral
Conceito de Pares de Base O DNA é uma dupla fita, ou seja, possui duas cadeias de polidesoxirribonucleotídeos unidas por pontes de H, através do pareamento das bases A-T e C-G Polímero de desoxirribonucleotídeos monofosfato H
H
H
H
H
H
H
Polímero de desoxirribonucleotídeos monofosfato
Conceito de Pares de Base
O pareamento das bases A-T envolve a formação de duas pontes de H. Entre C-G ocorre a formação de três pontes de H.
Antiparalelismo As fitas do DNA estão dispostas em direções opostas
Complementariedade Cada base de uma fita é pareada com a base complementar da outra fita
Complementariedade Fita velha
Durante a replicação do DNA as duas fitas velhas ou mães servem de molde para cada fita nova ou filha complementar, que está sendo sintetizada. Fita nova
A Dupla Hélice
James Watson & Francis Crick (1953)
A Dupla Hélice Maurice Wilkins & Rosalind Franklin
A Dupla Hélice
As duas fitas do DNA se torcem para formar uma dupla hélice (estrutura secundária do DNA)
A Dupla Hélice Fatores que estabilizam a dupla hélice:
•
interações hidrofóbicas forças de van der Walls pontes de hidrogênio
•
interações iônicas
• •
Entre as bases nitrogenadas Entre os grupos fosfato do DNA e os cátions (Mg2+) presentes na solução fisiológica
A Dupla Hélice A dupla hélice apresenta dois tipos de sulcos aos quais se ligam as proteínas da cromatina Sulco menor
Sulco maior
A Dupla Hélice Existem 6 tipos de DNA, A, B, C, D, E e Z
A Dupla Hélice
O B-DNA é o predominante em condições fisiológicas
A Dupla Hélice
A forma predominante de torção da espiral do DNA é para a direita ou sentido horário
Propriedades Químicas e Físicas do DNA Com o aumento da temperatura, as duas fitas se separam, causando um aumento na absorbância a 260nm. O ponto médio da curva é denominado Tm:
Propriedades Químicas e Físicas do DNA Desnaturação e renaturação do DNA. Se uma solução de DNA é aquecida as fitas se separam (desnaturam). Se a solução é esfriada aos poucos, a dupla hélice se refaz (renaturação).
A dupla hélice de DNA pode ser desnaturada reversívelmente: Aquecimento Extremos de pH
Desnaturação e Renaturação da fita dupla de DNA
Tm= Temperatura de fusão 50% da molécula de DNA está desnaturada Efeito hipercrômico
Absorbância do DNA sob luz UV Fita simples
Efeito hipercrômico
Absorbância Dupla fita
Comprimento de onda (nm)
A E. coli mede 2 mm e seu DNA, 1,7mm!
?
O Empacotamento do DNA: a estrutura terciária do DNA DNA em procariontes: DNA circular nas formas não-superhelicoidal (esquerda) e super-helicoidal (direita)
O Empacotamento do DNA: a estrutura terciária do DNA A estrutura terciária do DNA é como um fio de telefone quando enrolase nele mesmo.
O Empacotamento do DNA Estrutura do solenóide da cromatina Nucleossomo = DNA + histonas
Solenóide
O Empacotamento do DNA Os nucleossomos
O Empacotamento do DNA Estrutura do Nucleossomo
O núcleo dos nucleossomos é um octâmero de proteínas histonas, composto por 1 tetrâmero H3-H4 e 2 dímeros H2AH2B. A histona H1 une os nucleossomos do solenóide
DNA
H1
Nucleossomo (146 pb)
200 pb
O Empacotamento do DNA Disposição do DNA nos cromossomos
Regiões Codificadoras e Não-Codificadoras do DNA O DNA é formado por 2 regiões: Intergênicas
Gênicas
Região Gênica É a porção que codifica para um produto final, que pode ser uma cadeia polipeptídica ou um RNA
Intergênicas
Gênicas
Região Intergênica É a porção regulatória, que sinaliza o início ou o final de um gene, que influencia a transcrição gênica, ou que é o ponto de início para a replicação do DNA
O Dogma Central da Biologia Molecular
Regiões Codificadoras e Não-Codificadoras do DNA Regiões de um gene de um eucarionte intron
exon
Introns ou regiões nãocodificadoras
intron
exon
intron exon
Exons ou regiões codificadoras
Código Genético
Como se provou que DNA é o material genético?
O DNA é o material genético em todos os organismos exceto em alguns vírus (vírus de RNA)
Avery, McLeod & McCarty 1944
Princípio transformante
Hershey & Chase 1952
Polipeptídeo
Fluxo da Informação Genética
Ácidos nucleicos: RNA = ácido ribonucleíco
Ácidos Nucleícos •
•
Responsáveis pelo armazenamento e transferência da informação genética; Fonte:
Proteínas •
aa
fígado
bases
Unidade fundamental fosfato
pentose
síntese de nucleotídeos nucleotídeos
nucleotídeos: base
RNA •
•
•
•
Polímeros de nucleotídeos; nucleotídeos; Cada nucleotídeo contém uma molécula de ácido fosfórico, uma pentose (RIBOSE) e uma base púrica (A ou G) ou pirimídica (U ou C); Filamento único exceto em alguns raros casos como em certos nos vírus; Três variedades de RNAs: • • •
RNA de transferência – RNAt RNA mensageiro – RNAm RNA ribossômico - RNAr
RNA •
Local: Nucleólo, ribossomos e no RER;
•
Bases: A, G, C e U;
•
Pentose: Ribose;
•
Estrutura: fita simples;
O RNA ou ARN O Ácido Ribonucléico é um polinucleotídeo que difere do DNA em três aspectos básicos: DNA A-T T-A G-C C-G
•
O açúcar é uma Ribose;
•
É formado, geralmente, por uma fita simples que pode enrolar-se;
• Não existe a base pirimídica Timina e
no seu lugar se encontra a base Uracila. RNA A-U U-A G-C C-G
•
Os pareamentos seguem a ordem AU e G-C).
A Replicação do DNA •
O DNA é capaz de se autoduplicar para conservar a informação genética.
•
Por ação de uma enzima chamada DNA-polimerase a molécula se abre e novos nucleotídeos são acrescidos, sempre seguindo a ordem A-T e G-C.
•
Ao final se tem duas “moléculas-filhas” que conservam a metade da “molécula -mãe”.
•
A duplicação é, portanto, semiconservativa.
•
O sentido de leitura e síntese é sempre 5’
3’.
Tipos de RNA •
RNAm O RNA mensageiro é formado no núcleo e contém a “mensagem” - o código transcrito a partir do DNA - para a síntese das proteínas. Cada conjunto de três nucleotídeos no RNAm é chamado de CÓDON. 1 a 5% do RNA total.
•
RNAt O RNA transportador está presente no citoplasma e é responsável pelo transporte dos aminoácidos até os ribossomos para a síntese protéica. No RNAt existe uma seqüência de nucleotídeos correspondente ao códon chamada de ANTI-CÓDON. 10 a 15% do RNA total.
•
RNAr O RNA ribossômico ou ribossomal faz parte da estrutura dos ribossomos e participa do processo de tradução dos códons para construção das proteínas. 75% do RNA total.
Outros tipos de RNA presentes em células eucarióticas •
hnRNAm O RNAs heterogênios nucleares – precursores do RNAm;
•
snRNAt RNAs pequenos nucleares, são complexados a proteínas, formam ribonucleoproteínas as quais têm funções importantes na síntese de RNAm funcionais;
•
RNAs pequenos, localizados no núcleo e no citoplasma – funções estruturais ou catalíticas (riboenzimas).
RNA mensageiro - RNAm •
Fita simples, copiada do DNA, trazendo mensagem para a síntese proteica;
•
Localizado principalmente no RER;
•
Forma códons (“diz a sequencia de aa que o RNAt terá que trazer);
•
Cópia do DNA;
TRANSCRIÇÃO •
•
•
A transcrição envolve a transferência de uma cadeia polinucleotídica de dsoxiribose para uma cadeia polinucleotídica de ribose; A sequência do RNAm é complementar a sequência de DNA; O complexo enzimático (RNA polimerase) incorpora ribonucleotídeos;
TRANSCRIÇÃO •
•
O RNAm é uma molécula relativamente pequena que pode sair ao citoplasma e participar da síntese de proteínas; A informação para a síntese de proteínas é mantida porque o molde pertence ao DNA;
Síntese ou transcrição) do RNA Excepto em alguns vírus, o RNA são sintetizados a partir de uma parte da molécula de DNA É uma cadeia de DNA que serve de matriz mas não é sempre a mesma para todos os RNA (DNA RNA por transcrição)
TRANSCRIÇÃO EM PROCARIONTES •
4 ETAPAS:
RECONHECIMENTO do molde de DNA
A formação do COMPLEXO DE INICIAÇÃO;
O ALONGAMENTO da cadeia de RNA ou a síntese propriamente dita;
A TERMINAÇÃO (terminador);
(promotor); uma RNAP;
TRANSCRIÇÃO EM EUCARIONTES •
Menos conhecida;
•
Mesmas etapas que para procariontes;
•
Pelo menos 5 RNAPs;
•
•
3 RNAP nucleares: maiores e mais complexas, sempre necessitam de proteínas auxiliares – os fatores de transcrição (TFs); As RNAP mitocondrial e cloroplástica são as mais parecidas com a das bactérias e se destinam a transcrever os genes dos genomas dessas organelas;
TRANSCRIÇÃO EM EUCARIONTES •
•
•
•
•
RNAP I – localizada no nucléolo; 40.000 moléculas/células, produtos: RNAr 35 – 45S; RNAP II – localizada no nucleoplasma; 40.000 moléculas/células; produtos: hnRNA, snRNA; RNAP III – localizado no nucleoplasma; 20.000 moléculas/células; produtos: RNAr 5S, RNAt, snRNA; RNAP mitocondrial – localizado nas mitocôndrias; produz RNAs mitocondriais; RNAP cloroplástico – localizado no cloroplasto; produz RNAs do cloroplasto;
Síntese Protéica •
A enzima RNA-polimerase abre a dupla hélice do DNA e inicia a produção de uma molécula de RNAm, no sentido 5’ 3’.
•
Os nucleotídeos são ligados respeitando a ordem A-U, G-C.
•
Ao final da transcrição a RNA polimerase se desliga do DNA, a molécula de RNAm está formada e segue para o citoplasma onde será traduzida.
A Transcrição
Síntese Protéica
A Tradução •
O RNAm transcrito no núcleo chega ao citoplasma e se liga a um ou mais ribossomos.
•
O ribossomo “lê” o primeiro códon
e um RNAt com o anticódon correspondente transporta um aminoácido e se liga ao códon. • O ribossomo se desloca, no sentido 5’3’ e lê o próximo códon.
Os aminoácidos são unidos por ligações peptídicas. • Ao final da tradução o polipeptídeo se desliga e se constituí na proteína. •
Tradução do gene em proteínas (RNA mensageiro é o intermediário) GENE => molécula de DNA que codifica => síntese de cadeia de aminoácidos => proteína
Código DNA => sequência dos nucleótidos (3 a 3 bases) que determinam a incorporação de 1 aminoácido => sequência dos aminoácidos na proteína DNA dirige a síntese das proteínas através de um RNA mensageir o => residindo a informação genética na ordem ou sequência das bases azotadas Cada grupo de 3 bases do RNA mensageiro (mRNA) é específico de 1 dado aminoácido=> códão ou tripleto (ex: CCG; CCA; AGG)
Tradução – transferência de informação do mRNA proteica
para a estrutura da molécula
Codon que dá origem à síntese de qualquer proteína
Código Genético – correspondência entre cada tripleto (codon) de RNA
O papel do RNA mensageiro
Estruturas fundamentais que intervêm na tradução RNA de transferência e ribossomas tRNA – é responsável pela formação de um complexo activado com cada aminoácido e pelo seu transporte até ao tripleto que lhe corresponde na cadeia de mRNA Ribossomas – estruturas celulares que servem de “posto de transferência”; têm 60 a 65% de rRNA (RNA ribosómico) e 35% a 40% de proteína
Onde deve começar a tradução Emparelhamento correto entre codons e anticodons
Formação da ligações peptídicas
Genoma Celular É o conjunto de todos os genes e do DNA intergênico de uma célula
Genômica É o estudo de todos os genes de um organismo e a suas interações
Projeto Genoma Humano
Projeto Genoma Humano Genoma Humano: ~ 35.000 genes 1,1% exons 24% introns 75% intergênico • • • •
Proteoma É o conjunto de proteínas codificado por um genoma
Polipeptídeo
Fluxo da Informação Genética
